智能工業(yè)是物理設備、電腦網(wǎng)絡(luò )、人腦智慧相互融合、三位一體的新型工業(yè)體系。
智能工業(yè)是將具有環(huán)境感知能力的各類(lèi)終端、基于泛在技術(shù)的計算模式、移動(dòng)通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節，大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統工業(yè)提升到智能化的新階段。工業(yè)和信息化部制定的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規劃》中將智能工業(yè)應用示范工程歸納為：生產(chǎn)過(guò)程控制、生產(chǎn)環(huán)境監測、制造供應鏈跟蹤、產(chǎn)品全生命周期監測，促進(jìn)安全生產(chǎn)和節能減排。
智能工業(yè)的實(shí)現是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的滲透和應用，并與未來(lái)先進(jìn)制造技術(shù)相結合，形成新的智能化的制造體系。所以，智能工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)在于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介
“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”的核心和基礎仍然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎上的延伸和擴展的一種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)；其用戶(hù)端延伸和擴展到了任何物品和物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義是：通過(guò)射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)叫做物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內容
包括識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。
FRID、NFC，WSN
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用
制造業(yè)供應鏈管理物聯(lián)網(wǎng)應用于企業(yè)原材料采購、庫存、銷(xiāo)售等領(lǐng)域，通過(guò)完善和優(yōu)化供應鏈管理體系，提高了供應鏈效率，降低了成本?？罩锌蛙?chē)（Airbus）通過(guò)在供應鏈體系中應用傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，構建了全球制造業(yè)中規模最大、效率最高的供應鏈體系。
生產(chǎn)過(guò)程工藝優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用提高了生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程檢測、實(shí)時(shí)參數采集、生產(chǎn)設備監控、材料消耗監測的能力和水平。生產(chǎn)過(guò)程的智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。鋼鐵企業(yè)應用各種傳感器和通信網(wǎng)絡(luò )，在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現對加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度的實(shí)時(shí)監控，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化了生產(chǎn)流程。
產(chǎn)品設備監控管理各種傳感技術(shù)與制造技術(shù)融合，實(shí)現了對產(chǎn)品設備操作使用記錄、設備故障診斷的遠程監控。GE Oil&Gas集團在全球建立了13個(gè)面向不同產(chǎn)品的i-Center，通過(guò)傳感器和網(wǎng)絡(luò )對設備進(jìn)行在線(xiàn)監測和實(shí)時(shí)監控，并提供設備維護和故障診斷的解決方案。
環(huán)保監測及能源管理物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設備的融合實(shí)現了對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節關(guān)鍵指標的實(shí)時(shí)監控。在重點(diǎn)排污企業(yè)排污口安裝無(wú)線(xiàn)傳感設備，不僅可以實(shí)時(shí)監測企業(yè)排污數據，而且可以遠程關(guān)閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。電信運營(yíng)商已開(kāi)始推廣基于物聯(lián)網(wǎng)的污染治理實(shí)時(shí)監測解決方案。
工業(yè)安全生產(chǎn)管理把感應器嵌入和裝備到礦山設備、油氣管道、礦工設備中，可以感知危險環(huán)境中工作人員、設備機器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現有分散、獨立、單一的網(wǎng)絡(luò )監管平臺提升為系統、開(kāi)放、多元的綜合網(wǎng)絡(luò )監管平臺，實(shí)現實(shí)時(shí)感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。
物聯(lián)網(wǎng)如何改變工業(yè)自動(dòng)化
物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈即所謂的DCM(Device、Connect、Manage)跟工業(yè)自動(dòng)化的三層架構是互相呼應的，在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中，每一層次自原來(lái)的傳統功能大幅進(jìn)化，在Device(設備)達到所謂的全面感知，就是讓原本的物，提升為智能物件，可以識別或擷取各種數據；而在Connect(連接)層則是要達到可靠傳遞，除了原有的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )外更擴展到各種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；而在Manage(管理)層部分，則是要將原有的管理功能進(jìn)步到智能處理，對擷取到的各種數據做更具智能的處理與呈現。
傳統的工業(yè)自動(dòng)化控制系統主要包括3個(gè)層次，分別是設備層(device layer)、控制層(control layer)、以及信息層(information layer)。設備層的功能是將現場(chǎng)設備以網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的形式掛接在現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，依照現場(chǎng)總線(xiàn)的協(xié)議標準，設備采用功能模塊的結構，通過(guò)組態(tài)設計，完成數據擷取、A/D轉換、數字濾波、溫度壓力補償、PID控制等各種功能；控制層是自動(dòng)化的基礎，從現場(chǎng)設備中獲取數據，完成各種控制、運行參數的監測、警報和趨勢分析等功能，控制層的功能一般由工業(yè)計算機或PLC等控制器完成，這些控制器具備網(wǎng)絡(luò )能力以協(xié)調網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間的數據通信，同時(shí)也實(shí)現現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段與以太網(wǎng)段的連接；第三層信息層提供實(shí)現遠程控制的平臺，并連接到企業(yè)自動(dòng)化系統，同時(shí)從控制層提取有關(guān)生產(chǎn)數據用于制定綜合管理決策。
自另一個(gè)角度來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)可以使所謂的自動(dòng)化跟信息化『兩化融合』的愿景更具體實(shí)現，自動(dòng)化業(yè)者長(cháng)期以來(lái)都朝著(zhù)信息化目標前進(jìn)，在物聯(lián)網(wǎng)的基礎下，原先傳統的C/S(Client/Server)架構，可以轉換成B/S(Browser/Server)架構，在生產(chǎn)制造、智能建筑、新能源、環(huán)境監控、以及設備控制領(lǐng)域有更廣泛的應用。具體而言，自動(dòng)化資料如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)訊息化的集成，一般使用者還是無(wú)法使用；同樣的，如果僅有訊息化功能，卻缺乏自動(dòng)化的內容，一樣也是空泛無(wú)用，兩者缺一不可。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)技術(shù)相結合
與未來(lái)先進(jìn)制造技術(shù)相結合是物聯(lián)網(wǎng)應用的生命力所在。物聯(lián)網(wǎng)是信息通信技術(shù)發(fā)展的新一輪制高點(diǎn)，正在工業(yè)領(lǐng)域廣泛滲透和應用，并與未來(lái)先進(jìn)制造技術(shù)相結合，形成新的智能化的制造體系。這一制造體系仍在不斷發(fā)展和完善之中。概括起來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)與先進(jìn)制造技術(shù)的結合主要體現在8個(gè)領(lǐng)域。
泛在感知網(wǎng)絡(luò )技術(shù) 建立服務(wù)于智能制造的泛在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)體系，為制造中的設計、設備、過(guò)程、管理和商務(wù)提供無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。面向未來(lái)智能制造的泛在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展還處于初始階段。
泛在制造信息處理技術(shù) 建立以泛在信息處理為基礎的新型制造模式，提升制造行業(yè)的整體實(shí)力和水平。泛在信息制造及泛在信息處理尚處于概念和實(shí)驗階段，各國政府均將此列入國家發(fā)展計劃，大力推動(dòng)實(shí)施。
虛擬現實(shí)技術(shù) 采用真三維顯示與人機自然交互的方式進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)一步提高制造業(yè)的效率。虛擬環(huán)境已經(jīng)在許多重大工程領(lǐng)域得到了廣泛的應用和研究。未來(lái)，虛擬現實(shí)技術(shù)的發(fā)展方向是三維數字產(chǎn)品設計、數字產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程仿真、真三維顯示和裝配維修等。
人機交互技術(shù) 傳感技術(shù)、傳感器網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)以及新材料的發(fā)展，提高了人機交互的效率和水平。制造業(yè)處在一個(gè)信息有限的時(shí)代，人要服從和服務(wù)于機器。隨著(zhù)人機交互技術(shù)的不斷發(fā)展，我們將逐步進(jìn)入基于泛在感知的信息化制造人機交互時(shí)代。
空間協(xié)同技術(shù) 空間協(xié)同技術(shù)的發(fā)展目標是以泛在網(wǎng)絡(luò )、人機交互、泛在信息處理和制造系統集成為基礎，突破現有制造系統在信息獲取、監控、控制、人機交互和管理方面集成度差、協(xié)同能力弱的局限，提高制造系統的敏捷性、適應性、高效性。
平行管理技術(shù) 未來(lái)的制造系統將由某一個(gè)實(shí)際制造系統和對應的一個(gè)或多個(gè)虛擬的人工制造系統所組成。平行管理技術(shù)就是要實(shí)現制造系統與虛擬系統的有機融合，不斷提升企業(yè)認識和預防非正常狀態(tài)的能力，提高企業(yè)的智能決策和應急管理水平。
電子商務(wù)技術(shù) 制造與商務(wù)過(guò)程一體化特征日趨明顯，整體呈現出縱向整合和橫向聯(lián)合兩種趨勢。未來(lái)要建立健全先進(jìn)制造業(yè)中的電子商務(wù)技術(shù)框架，發(fā)展電子商務(wù)以提高制造企業(yè)在動(dòng)態(tài)市場(chǎng)中的決策與適應能力，構建和諧、可持續發(fā)展的先進(jìn)制造業(yè)。
系統集成制造技術(shù) 系統集成制造是由智能機器人和專(zhuān)家共同組成的人機共存、協(xié)同合作的工業(yè)制造系統。它集自動(dòng)化、集成化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化于一身，使制造具有修正或重構自身結構和參數的能力，具有自組織和協(xié)調能力，可滿(mǎn)足瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求，應對激烈的市場(chǎng)競爭。
解決工業(yè)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應用面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
從整體上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)還處于起步階段。物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的大規模應用還面臨一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，概括起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面。
工業(yè)用傳感器 工業(yè)用傳感器是一種檢測裝置，能夠測量或感知特定物體的狀態(tài)和變化，并轉化為可傳輸、可處理、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實(shí)現工業(yè)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節。在現代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有眾多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的工業(yè)傳感器，就沒(méi)有現代化工業(yè)生產(chǎn)體系。
工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù) 工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是一種由大量隨機分布的、具有實(shí)時(shí)感知和自組織能力的傳感器節點(diǎn)組成的網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)絡(luò )，綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現代網(wǎng)絡(luò )及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，具有低耗自組、泛在協(xié)同、異構互連的特點(diǎn)。工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是繼現場(chǎng)總線(xiàn)之后工業(yè)控制系統領(lǐng)域的又一熱點(diǎn)技術(shù)，是降低工業(yè)測控系統成本、提高工業(yè)測控系統應用范圍的革命性技術(shù)，也是未來(lái)幾年工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品新的增長(cháng)點(diǎn)，已經(jīng)引起許多國家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。
工業(yè)過(guò)程建?！](méi)有模型就不可能實(shí)施先進(jìn)有效的控制，傳統的集中式、封閉式的仿真系統結構已不能滿(mǎn)足現代工業(yè)發(fā)展的需要。工業(yè)過(guò)程建模是系統設計、分析、仿真和先進(jìn)控制必不可少的基礎。
此外，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的大規模應用還面臨工業(yè)集成服務(wù)代理總線(xiàn)技術(shù)、工業(yè)語(yǔ)義中間件平臺等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
智能工業(yè)的價(jià)值
工業(yè)化的基礎是自動(dòng)化，自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展了近百年，理論，實(shí)踐都已經(jīng)非常完善了。特別是隨著(zhù)現代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷興起和過(guò)程控制要求的日益復雜營(yíng)運而生的DCS控制系統，更是計算機技術(shù)，系統控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)結合的產(chǎn)物。DCS的理念是分散控制，集中管理。雖然自動(dòng)設備全部聯(lián)網(wǎng)，并能在控制中心監控信息而通過(guò)操作員來(lái)集中管理。但操作員的水平?jīng)Q定了整個(gè)系統的優(yōu)化程度。有經(jīng)驗的操作員可以使生產(chǎn)最優(yōu)，而缺乏經(jīng)驗的操作員只是保證了生產(chǎn)的安全性。是否有辦法做到分散控制，集中優(yōu)化管理？需要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)根據所有監控信息，通過(guò)分析與優(yōu)化技術(shù)，找到最優(yōu)的控制方法，是物聯(lián)網(wǎng)可以帶給DCS控制系統的。
IT信息發(fā)展的前期其信息服務(wù)對象主要是人，其主要解決的問(wèn)題是解決信息孤島問(wèn)題。當為人服務(wù)的信息孤島問(wèn)題解決后，是要在更大范圍解決信息孤島問(wèn)題。就是要將物與人的信息打通。人獲取了信息之后，可以根據信息判斷，做出決策，從而觸發(fā)下一步操作；但由于人存在個(gè)體差異，對于同樣的信息，不同的人做出的決策是不同的，如何從信息中獲得最優(yōu)的決策？另外“物”獲得了信息是不能做出決策的，如何讓物在獲得了信息之后具有決策能力？智能分析與優(yōu)化技術(shù)是解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)手段，在獲得信息后，依據歷史經(jīng)驗以及理論模型，快速做出最有決策。數據的分析與優(yōu)化技術(shù)在兩化融合的工業(yè)化與信息化方面都有旺盛的需求。